淺析數(shù)字化實驗對學生認識化學實驗的促進作用

陳勇

摘 要：實驗是化學教學的基礎，是培養(yǎng)學生化學素養(yǎng)的重要途徑。近年來化學試題中多有出現(xiàn)有關數(shù)字化實驗的探究題，這對學生的化學素養(yǎng)提出了新的要求，有必要在教學中拓展學生認識化學實驗的角度和方式。本文以近幾年中考題為例，分析了數(shù)字化實驗對學生認識化學實驗的促進作用。

關鍵詞：化學素養(yǎng);數(shù)字化實驗

中圖分類號：G633.8????????? 文獻標識碼：A???? 文章編號：1992-7711（2020）19-126-1

初中生學習化學時間較短、對化學實驗認識有限。在教學中，教師很難全面的引導學生認識實驗，難免造成學生將化學實驗結果等同于實驗過程，對實驗教學功能的落實存在偏差。但近年來，初中化學試題中多有出現(xiàn)有關數(shù)字化實驗的試題，這對學生化學素養(yǎng)的考核提出了新的要求。作為教師，也應與時俱進，在教學中拓展學生對化學實驗的認識維度。

一、數(shù)字化實驗促進學生對實驗的認識

近幾年的初中化學試題中出現(xiàn)了較多數(shù)字化實驗試題，重點考察初中生加工實驗數(shù)據(jù)信息，分析實驗中變化與聯(lián)系的能力。通過數(shù)字化實驗，除了可以定量測定實驗結果，還能實時監(jiān)測實驗過程中的相關數(shù)據(jù)，能精準辨析、探究實驗過程，亦即以實驗數(shù)據(jù)化的探究方式來深化學生對實驗過程的認識。

例如在實驗探究題中，經(jīng)常會探討實驗裝置內氣壓的變化情況及原因。無錫市2019年的中考化學第18題（2）結合數(shù)字化實驗探究CO2的的性質。

在本題中，學生需根據(jù)圖1回答曲線1中BC段氣壓逐漸變小的原因和導致CD段氣壓快速變小的操作。仔細審題后，學生結合已學知識可以很快分析得出，燒瓶中氣壓最初下降是由于CO2溶于水并與水反應。而后續(xù)操作中再次出現(xiàn)燒瓶中氣壓快速變小，學生在仔細審題后會發(fā)現(xiàn)步驟二中“一段時間后，同時振蕩燒瓶”，聯(lián)想到“使反應更加充分”，從而推測CD段氣壓快速變小的操作是振蕩燒瓶。在教學中，教師也會講解振蕩、攪拌等操作的作用，但學生僅僅是知道振蕩、攪拌等操作會使反應更加充分，“充分”和“不充分”到底會有多大的區(qū)別呢？借助于氣壓變化曲線圖，學生則可以簡單明了的觀察到曲線1和2在800s時有一段明顯的氣壓降低，且下降幅度遠大于振蕩前。精確的數(shù)據(jù)展示深化了學生對實驗中振蕩操作作用的理解，完善了學生對于“反應更加充分”這一化學概念。

該題還考查了學生觀察、分析圖像的能力。學生觀察曲線1和3的變化趨勢和終點，不難得出NaOH更易與CO2反應的結論。教師在教學中都講解過用NaOH溶液吸收CO2。結合圖像，學生可以從精確的數(shù)據(jù)上看到NaOH溶液比Ca（OH）2溶液的吸收效果好的多。

仔細觀察本題測定裝置內的氣壓變化得到的曲線圖，教師還可以引導學生發(fā)現(xiàn)肉眼無法觀察到的實驗信息。3條曲線在實驗開始時都有上升，即燒瓶內氣壓增大，仔細審題后不難發(fā)現(xiàn)是由于“三位同學同時迅速將注射器內液體全部注入各自的燒瓶中”。但仔細觀察曲線3，在三位同學注入溶液這一階段，它并沒有像曲線1和2一樣增大到B點，而是提前下降。引導學生思考曲線3在該點處轉折的原因，觀察曲線3的后續(xù)部分并結合已學知識，學生可以知道是NaOH很快的與CO2發(fā)生了反應，從而更加明確的認識到NaOH溶液吸收CO2的速度快、效果好。

2019年南京市中考化學試題18（1）中，要求學生對比圖2中的曲線a、b，分析曲線a迅速增大的兩種可能因素。觀察圖2，a曲線斜率明顯更大，即a曲線表示的反應速度比b曲線快。學生結合題干與所學知識，可以明白是反應速率與反應物濃度之間的關系，順利推斷出“a中鹽酸濃度大，反應速度快，產生氫氣的速度快，瓶內氣壓增大快”。但第二種因素僅依據(jù)題干就較難想到了。此時學生則應該仔細“對比a、b曲線”，a、b曲線的不同點是a曲線迅速增大，共同點則是兩條曲線都是先增大再減小，且b曲線在實驗結束后降幅較小，a曲線有一段明顯的氣壓下降。這就有利于學生逆推歸納，兩組反應均放熱，且a曲線表示的反應放出的熱量更多，即鎂與鹽酸反應放熱，鹽酸濃度越大反應越劇烈，單位時間內放出的熱量更多，體系內氣壓增大越快、越明顯。

二、數(shù)字化實驗的作用

1.數(shù)字化實驗作為現(xiàn)代化信息技術，可以實時監(jiān)測化學反應過程中某些因素的變化，并轉化為直觀的、可監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)定性實驗定量化、實驗變化過程的可視化和精確化，引導學生從新的角度去認識化學實驗。

2.數(shù)字化實驗加入試題后，學生通過觀察曲線的變化趨勢和轉折點，推測所對應的化學變化，從動態(tài)的角度認識化學反應。上述對試題中曲線變化特點的分析，既是引導學生去認識實驗過程中實驗操作會對實驗的影響，也是引導學生整合已學化學知識的內容，完善認識結構。

3.數(shù)字化實驗有助于提高試題的深度和廣度。初中化學作為高中化學的基礎，更好的銜接初高中化學知識也應該是每個初中老師共同思考的問題。在各市的中考題中，也都有將高中知識“遷移”到中考試題中。但如果只是給出“查閱資料”這樣的信息提示，不免有些生硬，數(shù)字化實驗則為這樣的高中知識下移考核提供了契機。

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[1]黃海峰.基于核心素養(yǎng)理念下化學運用能力培養(yǎng)分析[J].新課程（中學），2019（04）.

[2]劉靜松.應用壓強傳感器探究氫氧化鈉和二氧化碳的反應[J].化學教學，2019（02）.

（作者單位：南京市竹山中學，江蘇 南京210000）